JP2014078668A - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】軽量化しても十分な強度を確保することができる太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】太陽電池モジュール１は、複数の太陽電池セル１２１と、封止部材１３と、表面保護部材１１と、支持部材１５と、を備える。封止部材１３は、複数の太陽電池セル１２１を封止し、表面保護部材１１の主面上に設けられる。支持部材１５は、光入射面の法線方向から見た平面視において複数の太陽電池セル１２１間に設けられ、表面保護部材１１を支持する。また、支持部材１５は封止部材１３よりも高い耐熱性を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は太陽電池モジュールに関する。

住宅の屋根の上及び建物の屋上などに設置される太陽電池モジュールでは、更なる軽量化が求められている。太陽電池モジュールでは、たとえば特許文献１のように、表面保護部材にガラスが用いられることが多いため、太陽電池モジュールの重量の多くは表面保護部材が占めている。そのため、軽量化を実現する手法の１つとしては、表面保護部材をより薄くする方法がある。

特開２００５−３１７７１４号公報

しかしながら、太陽電池モジュールは一般に屋外に設置されるため、風などによって太陽電池モジュールに荷重が掛かることがある。そのため、表面保護部材を薄くすると、太陽電池モジュールが破損し易くなるという問題がある。

一方、たとえば特許文献１では、太陽電池セル間に配置する封止樹脂シート片で表面保護部材を支持することにより、太陽電池セルを封止樹脂シートで封止する際に太陽電池モジュールが破損しないようにしている。ところが、加熱・加圧条件下で太陽電池セルを封止する際、封止樹脂シート片は溶融し、封止樹脂シートと一体化する。そのため、封止工程を経た太陽電池モジュールでは、封止樹脂シート片により表面保護部材を十分に支持することができない。従って、特許文献１では、上述の問題を解決することはできない。

本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、軽量化しても十分な強度を確保することができる太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の太陽電池モジュールは、複数の太陽電池セルと、前記複数の太陽電池セルを封止する封止部材と、前記封止部材が主面上に設けられる表面保護部材と、光入射面の法線方向から見た平面視において前記複数の太陽電池セル間に設けられ、前記表面保護部材を支持する支持部材と、を備え、前記支持部材は前記封止部材よりも高い耐熱性を有することを特徴とする。

上記構成において、前記支持部材は、前記表面保護部材と着脱可能に当接してもよい。

また、上記構成において、前記封止部材には、前記支持部材を配置するための嵌入部が形成され、前記嵌入部は孔部及び切れ目のうちの少なくとも一方であってもよい。

また、上記構成において、各太陽電池セルは矩形であり、前記支持部材は、前記複数の太陽電池セルの角部間の位置の少なくとも一部に設けられてもよい。

また、上記構成において、前記支持部材は、前記複数の太陽電池セルの縁部に沿う位置の少なくとも一部に設けられてもよい。

本発明によれば、軽量化しても十分な強度を確保することができる太陽電池モジュールを提供することができる。

第１実施形態に係る太陽電池モジュールの一例を示す断面構造図である。 第１実施形態に係る太陽電池モジュールの一例を示す透視平面図である。 封止樹脂層に形成される嵌入部の一例を示す概略平面図である。 封止樹脂層に形成される嵌入部の他の一例を示す概略平面図である。 太陽電池モジュール本体の製造工程の一例を説明するための図である。 第２実施形態に係る太陽電池モジュールの一例を示す透視平面図である。 第３実施形態に係る太陽電池モジュールの一例を示す透視平面図である。 第４実施形態に係る太陽電池モジュールの一例を示す透視平面図である。

以下に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、以下の実施形態では、太陽光が入射する太陽電池モジュール１の主面を光入射面１ａと呼び、光入射面１ａと反対側の主面を裏面１ｂと呼ぶ。また、以下に参照する図面において、Ｘ方向及びＹ方向は光入射面１ａの略平面方向を示し、Ｚ方向は光入射面１ａの略法線方向を示している。Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向はそれぞれ直交している。
＜第１実施形態＞

まず、太陽電池モジュール１の構成について説明する。図１は、第１実施形態に係る太陽電池モジュールの一例を示す断面構造図である。図２は、第１実施形態に係る太陽電池モジュールの一例を示す透視平面図である。なお、図１は、図２のＹ方向の一点鎖線Ｙ−Ｙでの断面を示している。図１及び図２に示すように、太陽電池モジュール１は、太陽電池モジュール本体１０と、枠体２０と、を備える。また、太陽電池モジュール本体１０は、基板１１と、太陽電池ストリングス１２と、第１及び第２封止層１３１、１３２を含んで構成される封止樹脂層１３と、バックフィルム１４と、スペーサ１５と、を含んで構成される。

基板１１は透光性を有する板状の表面保護部材である。この基板１１には、たとえばガラス又は樹脂材料（アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂など）が用いられる。基板１１の一方（裏面１ｂ側）の主面上には、第１封止層１３１、太陽電池ストリングス１２、第２封止層１３２、及びバックフィルム１４が順に配置されている。

太陽電池ストリングス１２は、複数の略矩形の太陽電池セル１２１と、インターコネクタ１２２と、を含んで構成される太陽電池構造体である。各太陽電池セル１２１は、たとえば結晶系のシリコン太陽電池セルである。或いは、太陽電池セル１２１は、薄膜系シリコン太陽電池であってもよいし、ＧａＡｓ系、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｓｅ系（ＣＩＳ）、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ系（ＣＩＧＳ）、又はＣｄＴｅ系などの材料を用いた化合物半導体太陽電池セルであってもよい。若しくは、色素増感型太陽電池セルであってもよい。各太陽電池セル１２１において、図１の上側（光入射面１ａ側）を向く一方の主面は受光面である。

また、インターコネクタ１２２は、各太陽電池セル１２１間を電気的に直列接続する配線部材である。また、インターコネクタ１２２は、太陽電池セル１２１を図示しない端子ボックスと電気的に接続している。この端子ボックスは、太陽電池ストリングス１２の出力電流を外部に出力するための出力インターフェース部である。

なお、図２では、Ｘ方向に４列且つＹ方向に３行のマトリクス状に配置された１２個の太陽電池セル１２１がインターコネクタ１２２により直列接続されているが、太陽電池セル１２１の数及びその配列は図２の例に限定されない。また、各太陽電池セル１２１間の接続には、インターコネクタ１２２の一部又は全部に代えて、配線シートを配線部材として用いてもよい。この配線シートは、可撓性の基体上に、太陽電池セル１２１の電極パターン（不図示）と電気的に接続される配線パターンが形成されている。

封止樹脂層１３は透光性材料で形成される封止部材である。封止樹脂層１３の第１及び第２封止層１３１、１３２は太陽電池ストリングス１２を挟んで封止している。本実施形態では、第１及び第２封止層１３１、１３２は、ＥＶＡ(エチレン酢酸ビニル共重合樹脂)で形成されている。なお、第１及び第２封止層１３１、１３２の材料は、本実施形態に限定されない。他の材料（たとえば、アイオノマー樹脂、ポリオレフィン樹脂、ＰＶＢ、その他の透明な樹脂材料）が用いられてもよい。

また、封止樹脂層１３（第１及び第２封止層１３１、１３２）の主面には、後述するスペーサ１５を配置するための嵌入部１３３が形成される。図３Ａは、封止樹脂層に形成される嵌入部の一例を示す概略平面図である。また、図３Ｂは、封止樹脂層に形成される嵌入部の他の一例を示す概略平面図である。なお、図３Ａ及び図３Ｂでは、嵌入部１３３とスペーサ１５との位置関係を理解し易くするために、スペーサ１５が嵌入される位置を破線で示している。図３Ａ及び図３Ｂに示すように、封止樹脂層１３には、嵌入部１３３として、孔部１３３ａ及び切れ目１３３ｂのうちの少なくとも一方が形成される。こうすれば、太陽電池モジュール１の製造工程（後述する各構成部材の載置工程）において、嵌入部１３３にスペーサ１５を嵌入することにより、スペーサ１５を容易に配置することができる。

なお、嵌入部１３３（たとえば孔部１３３ａ、切れ目１３３ｂ）の形状及びサイズは、特に限定しない。これらは、スペーサ１５の形状及びサイズに応じて設定することができる。また、図１及び図３Ａでは、嵌入部１３３（特に孔部１３３ａ）とスペーサ１５との間に隙間ができているが、その隙間ができない構成としてもよい。すなわち、Ｚ方向からに見た平面視において、嵌入部１３３（特に孔部１３３ａ）のサイズはスペーサ１５のサイズと略同じとしてもよい。

バックフィルム１４は、太陽電池モジュール本体１０の裏面を保護するための裏面保護部材である。バックフィルム１４は、たとえば、ＰＥＴなどの樹脂材料を用いて形成される。また、バックフィルム１４は、金属材料（たとえばＡｌ）などを用いて形成されるバリア層を含んで構成されていてもよい。

スペーサ１５は、Ｚ方向から見た平面視において複数の太陽電池セル１２１間に設けられ、基板１１を支持する支持部材である。このスペーサ１５は、基板１１とバックフィルム１４との間において、複数の太陽電池セル１２１の角部間に設けられている。なお、図１及び図２では、複数の太陽電池セル１２１間において、スペーサ１５が、複数の太陽電池セル１２１の角部間の全ての位置に設けられているが、本発明の適用範囲はこの例に限定されない。スペーサ１５は、複数の太陽電池セル１２１の角部間の位置の少なくとも一部に設けられていればよい。こうすれば、各太陽電池セル１２１間の電気的な接続を妨げることなく、スペーサ１５を配置することができる。

スペーサ１５のＺ方向の長さは、基板１１の裏面１ｂ側の主面とバックフィルム１４の光入射面１ａ側の主面との間の最短距離（或いは封止樹脂層１３の厚さ）とほぼ同じである。また、スペーサ１５は基板１１と着脱可能に当接している。そのため、スペーサ１５は位置ずれをし難くなっている。

また、スペーサ１５は、封止樹脂層１３の封止温度（たとえば約１３０℃）以上の耐熱性を有している。そのため、太陽電池モジュール１の製造工程（特に、後述する封止工程）の加熱・加圧条件下においてもスペーサ１５は溶融しないので、封止工程後においても、スペーサ１５は基板１１を十分に支持することができる。従って、たとえば基板１１の厚さを薄くするなどの軽量化の工夫をしても、荷重の負荷などに起因する太陽電池モジュール１の破損を防止することができる。よって、太陽電池モジュール１は、軽量化しても十分な強度を確保することができる。

なお、スペーサ１５に用いる材料は、封止樹脂層１３（第１及び第２封止層１３１、１３２）よりも高い耐熱性を有する材料であれば、特に限定しない。さらに、絶縁性を有する材料であれば、より望ましい。たとえば、ゴムなどの弾性材料、エポキシ樹脂又はアクリル樹脂などの樹脂材料を用いてスペーサ１５を形成することができる。

また、スペーサ１５の形状は、Ｚ方向に立設され、基板１１を支持することができる形状であれば、特に限定しない。たとえば、スペーサ１５は柱形状又は錐台形状であってもよい。また、Ｚ方向に垂直な断面は、たとえば、略円形（正円、楕円など）、多角形（正方形を含む矩形、六角形など）、星形、十字形状、又はＨ形状などであってもよい。

枠体２０は、太陽電池モジュール本体１０の外周縁に嵌め込まれて取り付けられる枠状部材である。枠体２０は、たとえばＡｌを用いて、押し出し加工によりその断面形状が枠状となるように形成されている。

次に、太陽電池モジュール本体１０の製造工程について説明する。図４は、太陽電池モジュール本体の製造工程の一例を説明するための図である。なお、図４は、図２の一点鎖線Ｙ−Ｙに沿う断面構造（図１）に対応しているが、図１とは上下方向が逆となっている。たとえば、図４の上側は裏面１ｂ側となり、下側は光入射面１ａ側となっている。

太陽電池モジュール本体１０の製造工程は、封止樹脂層１３の加工工程と、各構成部材の載置工程と、ラミネート処理による封止工程と、を含んで構成されている。

封止樹脂層１３の加工工程では、第１及び第２封止層１３１、１３２に嵌入部１３３が形成される。なお、図４では、嵌入部１３３の一例として、封止樹脂層１３に孔部１３３ａ（図３Ａ参照）を形成しているが、孔部１３３ａの一部又は全部に代えて、切れ目１３３ｂ（図３Ｂ参照）を形成してもよい。

載置工程では、図４に示すように、基板１１の一方の主面の上に、第１封止層１３１、太陽電池ストリングス１２、及び第２封止層１３２が順に載置される（第１載置工程）。第１及び第２封止層１３１、１３２に形成された嵌入部１３３（孔部１３３ａ）には、スペーサ１５が嵌入されて配置される（スペーサ１５の配置工程）。その後、第２封止層１３２上に、バックフィルム１４が載置される（第２載置工程）。

なお、図４では、載置工程において、基板１１の主面上に各構成部材が載置されるが、図４とは逆の順に、バックフィルム１４の主面上に各構成部材が載置されてもよい。その場合、第１封止層１３１が載置された後に、スペーサ１５の配置工程が行われる。

封止工程では、ラミネート装置を用いて、加熱・加圧条件下で脱気しながら、第１封止層１３１と第２封止層１３２とを互いに隙間なく密着させることにより、太陽電池ストリングス１２を封止樹脂層１３（第１及び第２封止層１３１、１３２）で封止する。また、封止樹脂層１３は基板１１及びバックフィルム１４とも隙間なく密着する。なお、封止樹脂層１３がＥＶＡを用いて形成されている場合には、この後にさらなる加熱処理を施すことによって、ＥＶＡの架橋反応を進めるためのキュア処理を行う。

次に、本発明の第２〜第４実施形態について説明する。なお、以下の実施形態では、第１実施形態と異なる構成を主に説明する。また、第１実施形態と同様の構成には、同一の符号を付し、その説明を省略する。
＜第２実施形態＞

まず、第２実施形態について説明する。図５は、第２実施形態に係る太陽電池モジュールの一例を示す透視平面図である。

図５に示すように、第２実施形態では、スペーサ１５は、Ｚ方向から見た平面視において、複数の太陽電池セル１２１の角部間の位置に代えて、複数の太陽電池セル１２１の縁部に沿う位置に設けられる。なお、図５では、複数の太陽電池セル１２１間において、スペーサ１５が、複数の太陽電池セル１２１の縁部に沿う全ての位置に設けられているが、本発明の適用範囲はこの例に限定されない。スペーサ１５は複数の太陽電池セル１２１の縁部に沿う位置の少なくとも一部に設けられていればよい。こうすれば、スペーサ１５と基板１１との当接面積を広くすることができるので、たとえば第１実施形態よりも、スペーサ１５は、太陽電池モジュール１に負荷される荷重を分散させて、より均一に基板１１を支持することができる。

また、第２実施形態では、スペーサ１５に、各太陽電池セル１２１を電気的に接続するインターコネクタ１２２が挿通される溝部（不図示）及び貫通孔（不図示）のうちの少なくとも一方が形成される。或いは、各スペーサ１５間の隙間にインターコネクタ１２２が挿通されてもよい。こうすれば、インターコネクタ１２２は、スペーサ１５に妨げられることなく、各太陽電池セル１２１間を電気的に接続することができる。
＜第３実施形態＞

次に、第３実施形態について説明する。図６は、第３実施形態に係る太陽電池モジュールの一例を示す透視平面図である。

図６に示すように、第３実施形態では、スペーサ１５は、Ｚ方向から見た平面視において、複数の太陽電池セル１２１の角部間の位置、及び、それらの縁部に沿う位置に設けられる。なお、図６では、複数の太陽電池セル１２１間において、スペーサ１５が、複数の太陽電池セル１２１の角部間の全ての位置、及び、それらの縁部に沿う全ての位置に設けられているが、本発明の適用範囲はこの例に限定されない。スペーサ１５は、複数の太陽電池セル１２１の角部間の位置の少なくとも一部と、複数の太陽電池セル１２１の縁部に沿う位置の少なくとも一部と、に設けられていればよい。こうすれば、スペーサ１５と基板１１との当接面積をさらに広くすることができるので、たとえば第１及び第２実施形態よりも、スペーサ１５は、太陽電池モジュール１に負荷される荷重をさらに分散させて、より均一に基板１１を支持することができる。

また、第３実施形態では、スペーサ１５には、各太陽電池セル１２１を電気的に接続するインターコネクタ１２２が挿通される溝部（不図示）及び貫通孔（不図示）のうちの少なくとも一方が形成される。こうすれば、インターコネクタ１２２は、スペーサ１５に妨げられることなく、各太陽電池セル１２１間を電気的に接続することができる。
＜第４実施形態＞

次に、第４実施形態について説明する。図７は、第４実施形態に係る太陽電池モジュールの一例を示す透視平面図である。

図７に示すように、第４実施形態では、スペーサ１５は、Ｚ方向から見た平面視において、複数の太陽電池セル１２１間に加えて、複数の太陽電池セル１２１（太陽電池ストリングス１２）の周囲にも設けられる。なお、図７では、複数の太陽電池セル１２１間において、スペーサ１５が、複数の太陽電池セル１２１（太陽電池ストリングス１２）の周囲全てに設けられているが、本発明の適用範囲はこの例に限定されない。スペーサ１５は複数の太陽電池セル１２１（太陽電池ストリングス１２）の周囲の少なくとも一部に設けられていればよい。

こうすれば、スペーサ１５は基板１１をより多くの支点でより均一に支持することができる。従って、基板１１を薄くするなどの軽量化の工夫をしても、太陽電池モジュール１（特に基板１１）の割れを防止し、太陽電池モジュール１の強度をより向上させることができる。

なお、図７では、第１実施形態の構成（図２）に加えて、複数の太陽電池セル１２１（太陽電池ストリングス１２）の周囲にもスペーサ１５が設けられている。同様に、第２及び第３実施形態の構成（図５、図６）に加えて、複数の太陽電池セル１２１（太陽電池ストリングス１２）の周囲にもスペーサ１５が設けられてもよいことは言うまでもない。

以上に説明したように、太陽電池モジュール１は、複数の太陽電池セル１２１と、複数の太陽電池セル１２１を封止する封止樹脂層１３と、封止樹脂層１３が主面上に設けられる基板１１と、光入射面１ａの法線方向（たとえばＺ方向）から見た平面視において複数の太陽電池セル１２１間に設けられ、基板１１を支持するスペーサ１５と、を備え、スペーサ１５は封止樹脂層１３よりも高い耐熱性を有する。

そのため、太陽電池モジュール１の製造工程（特に封止工程）の加熱・加圧条件下においてもスペーサ１５は溶融しないので、封止工程後においても、スペーサ１５は基板１１を十分に支持することができる。従って、たとえば基板１１の厚さを薄くするなどの軽量化の工夫をしても、荷重の負荷などに起因する太陽電池モジュール１の破損を防止することができる。よって、太陽電池モジュール１は、軽量化しても十分な強度を確保することができる。

上記構成において、スペーサ１５は、基板１１と着脱可能に当接してもよい。こうすれば、スペーサ１５の位置ずれをし難くすることができる。

また、上記構成において、封止樹脂層１３には、スペーサ１５を配置するための嵌入部１３３が形成され、嵌入部１３３は孔部１３３ａ及び切れ目１３３ｂのうちの少なくとも一方であってもよい。こうすれば、太陽電池モジュール１の製造工程（各構成部材の載置工程）において、嵌入部１３３にスペーサ１５を嵌入することにより、スペーサ１５を容易に配置することができる。

また、上記構成において、各太陽電池セル１２１は矩形であり、スペーサ１５は、複数の太陽電池セル１２１の角部間の位置の少なくとも一部に設けられてもよい。或いは、スペーサ１５は、複数の太陽電池セル１２１の角部間の全ての位置に設けられてもよい。こうすれば、各太陽電池セル１２１間の電気的な接続を妨げることなく、スペーサ１５を配置することができる。

また、上記構成において、スペーサ１５は、複数の太陽電池セル１２１の縁部に沿う位置の少なくとも一部に設けられてもよい。或いは、スペーサ１５は、複数の太陽電池セル１２１の縁部に沿う全ての位置に設けられてもよい。こうすれば、スペーサ１５と基板１１との当接面積を広くすることができるので、スペーサ１５は、太陽電池モジュール１に負荷される荷重を分散させて、より均一に基板１１を支持することができる。

さらに、上記構成において、スペーサ１５には、複数の太陽電池セル１２１を電気的に直列接続するためのインターコネクタ１２２が挿通される溝部（不図示）及び貫通孔（不図示）のうちの少なくとも一方が形成されてもよい。こうすれば、インターコネクタ１２２は、スペーサ１５に妨げられることなく、各太陽電池セル１２１間を電気的に接続することができる。

また、上記構成において、スペーサ１５はさらに、光入射面１ａの法線方向（たとえばＺ方向）から見た平面視において複数の太陽電池セル１２１の周囲に設けられてもよい。こうすれば、スペーサ１５は基板１１をより多くの支点でより均一に支持することができる。従って、基板１１を薄くするなどの軽量化の工夫をしても、太陽電池モジュール１（特に基板１１）の割れを防止し、太陽電池モジュール１の強度をより向上させることができる。

以上、本発明の実施形態について説明した。なお、上述の実施形態は例示であり、その各構成要素や各処理の組み合わせに色々な変形が可能であり、本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

１ 太陽電池モジュール
１ａ 光入射面
１ｂ 裏面
１０ 太陽電池モジュール本体
１１ 基板
１２ 太陽電池ストリングス
１２１ 太陽電池セル
１２２ インターコネクタ
１３ 封止樹脂層
１３１ 第１封止層
１３２ 第２封止層
１３３ 嵌入部
１３３ａ 孔部
１３３ｂ 切れ目
１４ バックフィルム
１５ スペーサ
２０ 枠体

Claims (5)

1. 複数の太陽電池セルと、
   前記複数の太陽電池セルを封止する封止部材と、
   前記封止部材が主面上に設けられる表面保護部材と、
   光入射面の法線方向から見た平面視において前記複数の太陽電池セル間に設けられ、前記表面保護部材を支持する支持部材と、
   を備え、
   前記支持部材は前記封止部材よりも高い耐熱性を有することを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記支持部材は、前記表面保護部材と着脱可能に当接することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 前記封止部材には、前記支持部材を配置するための嵌入部が形成され、
   前記嵌入部は孔部及び切れ目のうちの少なくとも一方であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の太陽電池モジュール。
4. 各太陽電池セルは矩形であり、
   前記支持部材は、前記複数の太陽電池セルの角部間の位置の少なくとも一部に設けられることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
5. 前記支持部材は、前記複数の太陽電池セルの縁部に沿う位置の少なくとも一部に設けられることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の太陽電池モジュール。

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